Материал: Литвенкова И.А. Экология городской среды Урбоэкология

Тема 5 экология городских почв

1. Почва в условиях городской среды. Понятие урбанозем.

2. Антропогенная нагрузка на почвы в условиях городской среды.

3.Мероприятия по улучшению и защите почв в условиях городской среды.

1. Почва в условиях городской среды. Понятие урбанозем.

В широком понимании городская почва – это любая почва, функционирующая в окружающей среде города. Развитие городских экосистем в отличие от природных, определяется не столько естественными природными процессами, сколько деятельностью человека (которая одновременно является и пусковым механизмом и постоянным регулятором городского почвообразования). Поэтому в городе имеет место значительное изменение всех факто­ров почвообразования и особенно почвообразующих пород.

Современное почвообразование в городе протекает как в естественных почвах, на культурном слое антропоген­ных отложений, так и на грунтах, не измененных почвообразованием и влия­нием человека. Культурный слой представляет собой исторически сложив­шуюся систему напластований, образовавшуюся в результате деятельности человека. Мощность культурного слоя различна и может колебаться от нескольких сантиметров до десятков метров. Почвы, формирующиеся на мощном культурном слое, имеют ряд химических особенностей. В них про­исходит смещение в щелочную сторону реакции среды почвенных растворов и аккумуляция таких элементов, как фосфор, сера, азот, магний и др.

В городе встречаются:

«запечатанные» территории под покрытием, непроницаемым для водного и воздушного обмена, так называемый урбанозем - новый тип почв, образуемый на застроенных участках города;

для городов характерны также техноземы – почвы, создаваемые человеком в процессе рекультивации тех или иных объектов хозяйственного освоения участков земли;

открытые территории, которые могут быть озелененными, где почвы сохраняют свои экологические функции;

не озелененные территории, где растительность представлена сорными и рудеральными видами, а почвы деградируют, теряя плодородие и основные свойства.

Для урбанозема и технозема характерно:

1) Отсутствие четко выраженных горизонтов;

2) Мозаичный характер окраски;

3) Малая пористость и повышенная плотность;

4) Часто происходит нарушение или отсутствие структуры: почва состоит из очень мелких частиц, диаметром до 0,001 мм в следствии чего наблюдается плохая аэрация, инфильтрация почвенного покрова. Характерны процессы дефляции почв – раздувания мелких частиц ветром, происходящие за счет ухудшения структуры почвы и нарушения травянистого покрова в условиях антропогенных нагрузок города.

Экологические функции почвы в городе

1. В первую очередь почва является средой, обеспечивающей условия роста и развития растений в городе, путем удовлетворения их потребностей не только в питательных веществах, но и во влаге, пространстве, тепле.

2. Очень важная функция городских почв заключается в очищении окружающей среды от различного рода загрязняющих твердых, жидких и газообразных веществ. Так почвы являются универсальным фильтром на пути миграции в реки и грунтовые воды тяжелых металлов, органических веществ и других продуктов жизнедеятельности города. Почвы влияют на химический состав подземных вод. Благодаря своим биогеохимическим свойствам и мелкодисперсной структуре почва может превращаться в «депо» токсических соединений, и она же может играть до известной степени роль барьера для солей тяжелых металлов, пестицидов, нефтепродуктов, минеральных удобрений на пути их миграции в грунтовые воды.

3. Важная роль принадлежит почве в регулировании газового состава атмосферы, ее состояния и качества. В результате активности почвенных организмов и высокой сорбционной способности по отношению к газам, почва способна влиять на содержание в приземном слое атмосферы таких газов как кислород, углекислый газ, азот, оксиды серы, закись азота, оказывающих существенное влияние на состояние здоровья человека.

4. Санитарно-гигиеническая функция городских почв, заключающаяся в утилизации органических отходов, растительных остатков, обеззараживании городской среды от патогенных микроорганизмов и их токсинов.

2. Антропогенная нагрузка на почвы в условиях городской среды.

1. Геохимическое засорение, являющееся следствием попадания в почвы и грунты химически активных веществ. Перечислим основные источники химического загрязнения городских почв.

Электролиты (хлориды кальция и натрия), содержащиеся в противогололедных смесях. Максимальное содержание легкорастворимых солей в верхних горизонтах почв города отмечается в весенний период. Концентрация хлористого натрия в снеговой воде в десятисантиметровой зоне около дорог может достигать 1300-1900мг/л, тогда как на фоновых участках не превышает 1-2 мг/л. Летом, по мере промывания дождевыми водами, уровень солей снижается, достигая минимума в осенний период. Зона распространения солевых аэрозолей в снеговом покрове от 30 до 150-200 м в зависимости от конкретных ландшафтных условий. Механические барьеры (здания, кустарники, деревья) уменьшают дальность переноса аэрозолей солей, резко увеличивая их концентрацию в непосредственной близости от дорог. Открытые пространства, наоборот, способствую более дальнему переносу, при этом по мере удаления от дороги уровень концентрации соли в снеге постепенно убывает.

Хлориды натрия и кальция разрушительно действуют на почвенные коллоиды и вызывают при определенных концентрациях гибель растений. Например, содержание солей начиная с 0,25% токсично и приводит к различным отклонениям, а содержание более 0,5% является пределом нормального роста и приводит к гибели растений.

Во избежание осолонцевания почв необходимо поддерживать оптимальное соотношение катионов в составе солевого комплекса. Критерием является показатель SAR, который рассчитывается по формуле Ричардсона:

Предельно допустимая величина SAR составляет 10 при минерализации вод до 1 г/дм³ и снижается до 4 при повышении минерализации до 3 г/дм³.

Автотранспорт. В почвах придорожных зон наиболее интенсивно накапливается свинец, цинк, серебро, в меньшей степени медь, олово, хром, никель, молибден, кобальт, марганец, железо.

Выявлено несколько зон аккумуляции транспортного загрязнения в почвах:

• Первая зона обычно расположена в непосредственной близи от автодороги, на расстоянии до 15-20 м.

• Вторая зона на удалении 20-100 м. На открытых пространствах вторая зона проявлена обычно слабее, в связи с благоприятными условиями рассеивания воздушного потока.

• Иногда отмечают третью зону аномального накопления элементов, находящуюся от дороги на расстоянии около 150 м.

Для крупных автомагистралей с большим количеством полос движения загрязнение почв металлами проявляется слабее, чем для узких магистралей. Это объясняется тем, что на широких магистралях автомашины движутся с большей скоростью, расходуя меньше бензина и тем самым уменьшая выбросы в атмосферу.

На урбанизированных территориях загрязнение почвы происходит также в результате выбросов промышленности. Загрязняющие группы химических веществ промышленных предприятий: тяжелые металлы и их соединения, циклические углеводороды, бенз(а)пирен, радиоактивные вещества. Тяжелее всего почва справляется с жидкими и твердыми токсич­ными отходами. Вследствие промышленных выбросов в ней накап­ливается избыточное количество химических соединений, губитель­но действующих на организм человека и животных. К таким веще­ствам относятся соединения ртути, мышьяка, меди, свинца, фтора. Вокруг промышленных предприятий зачастую создаются зоны, почва которых сильно загрязнена подобными элементами. Так, в окрестностях суперфосфатного и ртутного комбинатов в зависимос­ти от удаленности от него 1 кг почвы может содержать от 1,3 до 4,6 мг ртути. Соединения серы вызывают подкисление почв, а аммиак, сода и соединения магния — подщелачивание.

В результате работы коммунального хозяйства, утечек канализации и отстойников наблюдается загрязнение почвы тяжелыми металлами, циклическими углеводородами, нитратами, нитритами, фосфатами и пестицидами.

Геохимическое загрязнение происходит и за счет утилизации и хранения бытовых и промышленных отходов, в состав которых входят токсичные химические элементы, большое количество компонентов синтетического происхождения, которые практически не расщепляются естественным путем и накапливаются в окружающей среде.

Уровень загрязнения почв характеризуется величиной коэффициента концентрации К_{Сi ,} которую определяют из соотношения:

,

где С_i – концентрация загрязняющего вещества в почве; C_Фi – фоновая концентрация загрязняющего вещества, мг/кг почвы.

Загрязнение обычно бывает полиэлементным, и для его оценки рассчитывают суммарный показатель загрязнения, представляющий собой аддитивную сумму превышений коэффициентов концентраций над фоновым:

,

где K_Сi – коэффициент концентрации элемента; n – число элементов с K_С >1.

Величину суммарного показателя загрязнения почв используют для оценки уровня опасности загрязнения территории города. Значение данного показателя до 16 соответствует допустимому уровню опасности для здоровья населения; от 16 до 32 – умеренно опасному; от 32 до 128 – опасному; более 128 – чрезвычайно опасному.

ПДК почвы – предельно допустимая концентрация вещества в почве, которая не должна прямо или косвенно влиять на среду, нарушать самоочищающую способность почвы и отрицательно воздействовать на здоровье человека.

2. Геоморфологические изменения:

• Основная тенденция в изменении городского рельефа – его выравнивание;

• Наличие отрицательных форм рельефа антропогенного происхождения (строительные котлованы, карьеры);

• Образование положительных форм рельефа (накопление твердых отходов в виде насыпей).

3. Изменение гидрологических условий происходит в результате градостроительной деятельности. К числу гидрологических нарушений на территории города относят:

Просадки поверхности, характерные для зон залегания лессовых пород. Способность этих отложений к проседанию при замачивании обуславливает специфику строительства на этих участках. Просадки возникают и например, при неумеренном заборе из подземных горизонтов воды для бытовых и хозяйственных нужд.

Карстовые провалы возникают в результате движения подземных вод в известняках и других нестойких породах. В городах этот процесс чаще всего является следствием техногенного нарушения водоупорных пород выработками, буровыми скважинами; через них вода проникает в карстовые породы.

Суффозионные процессы – вымывание наносных мелкозернистых грунтов. Оползневые явления наблюдаются в городах при нарушении природного состояния геологических пород. Причины сползания пород в условиях города разнообразны – это подгрузка склонов застройкой, подработка склонов, подтопление подземными водами, вибрационное воздействие транспортных средств или взрывов.

Подтопление городских территорий. К подтопленным городским территориям относятся такие, на которых уровень грунтовых вод расположен выше 2,5 м от отметки поверхности земли. Подтопление в силу большого разнообразия природных условий и состава пород, слагающих территорию городской агломерации, происходит по-разному. Основными причинами развития подтопления в городах являются: изменение условий поверхностного стока, в частности создание водохранилищ; засыпка оврагов, балок, стариц; недостаточное развитие сети ливневой канализации и плохое ее состояние; развитие сетей водоснабжения без соответствующего строительства системы водоотведения; утечка из сетей водопровода и канализации и аварии на них; воздействие коллекторов большого диаметра, тоннеле метрополитена.

Затопление, т.е. образование свободной поверхности воды над земной поверхностью, является одним из наиболее распространенных природных процессов, связанных с выходом рек из берегов. Затопление на урбанизированных территориях характеризуется уровнем подъема воды и частотой повторяемости. Эти характеристики находятся в прямой зависимости от площади с водонепроницаемым покрытием (застройка, асфальт) и от объема ливневого стока. Затоплению подвергаются большинство городов, расположенных в поймах рек, периодические затопления нагонной природы характерны для Санкт-Петербурга.

4. Механическое загрязнение – засорение почв крупнообломочным материалом в виде строительного мусора, битого стекла, камня и других отходов.

5. Физическое воздействие крупного города с развитой транспортной сетью, большим промышленным и энергетическим потенциалом проявляется в ме­стном изменении температурного режима почв, электрического и магнитного полей. Возникают вибрационные поля. Создается физическое загрязнение геологической среды города.

Проявляясь на локальной территории, эти техногенные физические поля по интенсивности значительно превосходят естественные аналоги, создавая на территории города высокие градиенты характеристик. Сравнительная ха­рактеристика естественных и техногенных физических полей дана в таблице 5. Как видно из представленных данных, техногенное воздействие сообща­ет геологической среде дополнительное количество энергии через статичес­кие (вес сооружений), динамические (вибрация), температурные и электри­ческие поля. Накопление избыточной энергии в среде, которая служит осно­ванием фундаментов или вмещает инженерные сооружения и коммуникации, несет в себе опасность ухудшения качества этой среды.

Таблица 5